《给忙碌者的天文物理学》(Neil Tyson)

物理规律在全宇宙都适用

牛顿万有引力是第一个宣称适用于整个宇宙的理论

每个化学元素的光谱都有自己唯一的特征

宇宙起源于大爆炸 (距今 150 亿年)(这个奇点物理定理失效)

普朗克时间 $10^{-34}$
-> 四个作用力分开
-> 夸克和轻子 (例如电子) 正反轻子的产生和湮灭
-> 三个夸克被束缚成重子 (质子和中子) 正反重子的产生和湮灭
->100 秒 质子和中子结合成原子核 原子核
->38 万年 原子核捕获电子 形成原子
-> 原子变成恒星 变成星系
-> 很大的恒星在高温高压之下,可以生产一些更重的元素,这些恒星最后会爆炸,重元素被散布在整个宇宙之中
->90 亿年 太阳 地球
-> 机缘巧合
Q:为什么大爆炸后宇宙温度会一直降低?
Q:大爆炸和上帝是矛盾的吗?

宇宙微波背景辐射的温度预测是 5K,实际测量出来是 2.72K

原子是在宇宙年龄 38 万年形成的
1948 年的时候,几个美国物理学家使用三个理论,预测了微波背景辐射的存在:
(1)1916 年爱因斯坦提出的广义相对论
(2)1929 年哈勃发现宇宙正在膨胀
(3)二战前后,美国为搞原子弹的曼哈顿计划中一系列原子物理实验结果

物理学家不知道的事:暗物质和暗能量

1937 年的时候,天文学家 Fritz Zwicky 仔细观察了后发座星系团 (Coma Cluster)。
中心提供的引力越大,能支持的旋转速度就越大。
暗物质的总质量,必须是已知物质总质量的 6 倍之多。
目前所有的仪器都测不到暗物质,物理学家知道的四种相互作用,暗物质很可能只参与引力,没有其他三种。
Q:普通物质有哪些作用力?

宇宙有开始也有终结 (终结是什么?)

在广义相对论的引力场方程中的宇宙常数仅仅是为了让宇宙不膨胀而被爱因斯坦引入。
1929 年哈勃发现星系红移 -> 宇宙正在膨胀 -> 大爆炸理论的起源 -> 爱因斯坦错过预测宇宙膨胀 -> 删掉宇宙常数

早期的宇宙的膨胀速度到处都超过光速。而在现在遥远的星系离我们而去的速度也是超光速的。
这就意味着我们不可能看到它们,不管它们那里发生什么,我们都无法知道。
但是在引力的作用下,我们设想,宇宙的膨胀速度应该是越来越慢的。

用超新星亮度算的实际距离,比用宇宙膨胀历史算的距离远了 15%。
这就意味着,宇宙膨胀不但没有减速,而且还在加速。
物理学家就只好再把宇宙常数放回到爱因斯坦场方程中去,只不过它的数值得改,变成让宇宙加速膨胀。
那之前的问题就又回来了, 宇宙常数到底有什么物理意义呢?
物理学家现在解释不了,只好沿袭 “暗物质” 的命名传统,称之为 “暗能量”。
暗能量提供了一种真空中的斥力,但是它到底是什么样的物理机制,我们完全不知道。
物理学家计算,再过一万亿年,除了银河系以外,我们的天空中将再也看不到其他的星星。

宇宙学视角

矛盾:考虑到生命、甚至组成生命的每个粒子出现的概率之小,我们应该觉得自己特别幸运;可是考虑到宇宙之大,我们又觉得自己特别渺小。

宇宙不因我们而存在

宇宙跟每个人都有连接

眼光更长远,不要只看自己

要更谦卑,人格才会自由